Wandernde Exoplaneten

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Bild eines Teleskopfelds, das auf der Jagd nach Exoplaneten im MEarth Projekt ist; dieses hebt auf M-Zwergsterne ab. The MEarth Project

Viele bekannte Exoplaneten umkreisen ihren Heimatstern auf engen Bahnen, innerhalb eines Zehntels einer Astronomischen Einheit (eine AE ist die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne). Da deshalb ihre Umlaufperioden sehr kurz und ihre gravitativen Einflüsse auf das Wackeln des Heimatsterns vergleichsweise groß sind, können sie leicht mit der Transit- und Geschwindigkeitsmethode gemessen werden. Was Astronomen bisher nicht wissen ist, ob sich diese Planeten in der Nähe ihrer heutigen Lage aus dem zirkumstellaren Geburtsmaterial dicht bei ihrem Stern gebildet haben oder ob sie sich stattdessen in größerer Entfernung als eine AE formten und später nach Innen wanderten.

Es gibt durch Computersimulationen und beobachtete planetare Eigenschaften sichere Beweise für die Effektivität der Wanderung. Doch es gibt drei mögliche physikalische Mechanismen für die Migration und (wenn die Planeten wirklich wanderten) es ist nicht bekannt, welcher dieser Mechanismen verantwortlich war. Alle Mechanismen beziehen planetare Wechselwirkungen mit ein: Wechselwirkungen mit der protoplanetaren Scheibe, mit einem stellaren Begleiter (wie etwa einem Binärsystem) oder zwischen mehreren Planeten. Jedes Szenario führt seinen eigenen Satz an Bedingungen ein, mit unterschiedlichen zeitlichen Rahmenbedingungen, die einen möglichen Weg anbieten, zwischen den Mechanismen zu unterscheiden. Simulationen zeigen beispielsweise, daß Wanderungen auf Grund von Wechselwirkungen mit einem anderen Körper üblicherweise viel länger dauern als Migration durch Wechselwirkung mit der Scheibe. Folglich würden dicht am Stern liegende Supererden oder jupitergroße Planeten um Sterne, die jünger als einhundert Millionen Jahre sind, nicht genügend Zeit haben, um durch einen langsamen Prozeß wie der Planet-Planet- oder Planet-Stern-Wechselwirkung nach innen zu wandern.

Die CfA-Astronomen Elisabeth Newton, Jonathan Irwin, David Charbonneau sowie Andrew Vanderburg haben mit ihren Teamkollegen den dicht am Stern liegenden Exoplaneten K2-33b untersucht, ein Super-Neptun mit einem Radius von 5.05 Erdradien, der einen jungen (nur elf Millionen Jahre alten) Stern alle 5.425 Tage umkreist. Das Team zog für die Lichtschwankungen viele alternative Erklärungen (etwa Sternflecken) zu einem transitierenden Planeten in Betracht, bevor sie den Schluß zogen, daß der Planet wirklich existiert. Da der Stern so jung ist, folgerten sie zudem, daß sich dicht am Stern liegende Planeten an Ort und Stelle bilden können, oder aber sie müssten in der Lage sein, in kurzer Zeit zu wandern – eine Möglichkeit mit Planet-Scheiben-Wechselwirkungen, aber nicht mit den beiden anderen Mechanismen. Eine genaue Deutung der Transitdaten verlangt auch die Kenntnis von der Masse und dem Radius des Sterns, welche die Astronomen sorgfältig modellierten. Die neuen Resultate sind zudem bedeutsam, da sie eine der genauesten Bestimmungen von Radius (innerhalb von 7%) und Masse (innerhalb von 16%) von einem Stern liefern.

Literatur:

„Zodiacal Exoplanets in the (ZEIT). III. A Short-Period Planet Orbiting a Pre-Main-Sequence Star in the Upper Scorpius OB Association“

Andrew W. Mann, Elisabeth R. Newton, Aaron C. Rizzuto, Jonathan Irwin, Gregory A. Feiden, Eric Gaidos, Gregory N. Mace, Adam L. Kraus, David J. James, Megan Ansdell, David Charbonneau, Kevin R. Covey, Michael J. Ireland, Daniel T. Jaffe, Marshall C. Johnson, Benjamin Kidder, and Andrew Vanderburg

The Astronomical Journal, 152:61 (13pp), 2016 September